基于多源遙感數據的錳礦山資源環境遙感監測研究

李曉翔，李同光，賴建梅

（1.廣西壯族自治區自然資源遙感院，南寧 530200；2.桂平市自然資源局，廣西 桂平 537299；3.廣西壯族自治區地理信息測繪院，廣西 柳州 545000）

廣西錳礦礦產資源豐富，采礦歷史悠久，其中錳礦開采方式主要采用露天開采，由于礦山開采歷史長，生產規模不斷擴大。礦產資源開發在發展本地經濟的同時，會造成礦山開采的采場和礦山建筑直接損毀土地，中轉場地和固體廢棄物侵占耕地、林地等土地資源等一些生態環境問題[1]。礦山開發利用帶來的生態環境問題，已經成為當前礦業用地政策研究的熱點問題[2-3]。

黨的十八大以來，在生態文明建設的新要求新形勢下，做好自然資源監測工作成為政府有關管理部門的新使命[4]。如何“推進資源節約集約，注重資源保護和合理開發，大力發展綠色礦山”是亟待解決的難題[5]。獲取客觀準確的礦山占地本底數據是解決礦山地質環境保護與礦業用地政策研究的前提條件。

本文以廣西木圭錳礦礦區為例，采用多種衛星遙感數據以及無人機航攝影像，同時采集了礦區重點區域的實景三維數據，綜合土地利用和礦權管理等現狀，研究監測礦山利用和生態環境等問題，分析問題產生及其變化的趨勢，在礦山生態修復治理中提供解決思路和途徑。

1 研究區概況與數據源

1.1 研究區概況

該研究區位于桂平市木圭鎮轄區，區域范圍面積約45 km2。礦山斷續開采已有近百年歷史，多是露天開采。礦區內礦產資源以錳礦為主，小部分開采重晶石礦。該礦區為低壓地貌，山坡原始自然坡度20～30°，丘陵與谷地高差20～50 m，因礦山開采歷史悠久，加之近年來礦產品價格上漲，亂采亂挖屢禁不止，導致礦區原始地貌大部分已遭受破壞，采礦槽、采礦坑、土堆相間分布，形成大小不一的坑坑洼洼和荒山荒坡，采礦留下的土堆高達5～15 m，采礦槽、采礦坑深度一般6～20 m不等，礦坑邊坡坡度達50～80°。原礦經水洗后，廢渣廢土就近堆積形成很多大小不一的泥漿塘（尾礦庫），體積多在幾萬至上百萬立方米之間，礦區亂挖亂采行為不僅破壞了自然生態環境，破壞土地利用，使國家和人民群眾的利益受到損失，同時也留下滑坡、崩塌、泥石流等地質災害發生的隱患[6]。如果不及時治理，將對礦山周圍的群眾生命財產安全造成威脅。

1.2 數據源

本文使用了國產遙感衛星高分二號衛星和北京二號衛星遙感數據為數據源，數據獲取時間分別為2020年和2021 年，空間分辨率約為0.8 m，投影方式為高斯克呂格投影，大地基準為CGCS2000 坐標系。經過質量和精度檢驗，遙感數據滿足工作需求。同時對重點監測區進行無人機巡查，利用無人機傾斜攝影獲取地面分辨率優于5 cm 的最新礦區影像和動態視頻，構建三維模型，此外還收集了礦區地理國情普查數據、采礦權、尾礦庫數據等管理數據。

2 技術路線與方法

本文通過收集研究區的自然地理、管理數據和獲取的多源遙感數據，根據研究區情況建立解譯標志，通過智能提取與人工解譯相結合的方式，綜合分析礦山資源利用情況[7-8]，技術路線如圖1 所示。其具體流程為：①收集多源遙感數據和基礎地形地貌數據，搭建三維立體礦山資源環境模型；②實地調查建立礦山占地信息解譯標志（表1）；③根據礦權數據等礦山管理數據，按實際利用情況，提取露天采場、工業場地，以及廢石/土堆、尾礦庫等的占地情況；④外業踏勘調查，校核內業判讀數據；⑤根據礦區實際利用情況占地特征，分析礦區在資源利用和資源環境保護方面存在的主要問題，提出對策與建議。

表1 礦山占地類型解譯標志一覽表

圖1 技術路線圖

3 礦山監測結果分析

本文以2020 年和2021 年兩期不同監測時點的遙感影像為底圖，充分利用礦區數字高程模型（DEM）和實景三維數據，獲取采礦區空間分布數據；同時結合基礎性地理國情監測成果、礦產規劃數據和礦產專題研究數據等資料，對礦區的發證信息、名稱、礦區狀態、礦產類型、礦區規模、礦區開采量及資源儲量等信息整理入庫，使用監測平臺對礦區空間數據基礎信息進行管理，實現對研究區礦產資源開發利用變化的定期監測[9]。

3.1 礦產資源開發利用變化監測

根據遙感監測結果，由圖2 可知，2021 年錳礦區礦山占地面積為902.87 hm2，占礦區面積的20.06%，其中廢土堆6.44 hm2，工業場地103.19 hm2，露天采場620.74 hm2，尾礦庫172.50 hm2，占地以采場和尾礦庫為主，二者比例之和高達87.86%。

圖2 礦山開發利用示意圖

將礦山的平面布局矢量與2018 年度土地變更調查成果進行疊加分析，得到占用土地資源類型及其面積情況，如圖3 所示。其中，占用耕地57.119 hm2，園地18.306 hm2，林地329.933 hm2，草地316.221 hm2，工礦用地58.725 hm2，住宅用地11.949 hm2，水域7.918 hm2，其他土地102.685 hm2。

圖3 礦山占用土地資源情況

3.2 自然生態空間變化監測

基于監測基礎數據，對礦區45 km 范圍內地表覆蓋（耕地、林地、草地、水域濕地、建設用地和未利用地）的變化情況進行監測，適時分析礦區周邊土地流轉情況，自然生態空間存在的問題以及變化的趨勢。

根據2020 年和2021 年度國情監測數據作對比，研究區周邊范圍內地表覆蓋變化情況，如圖4 所示。2021 年礦區周邊耕地減少73.13 hm2，園地增加53.57 hm2，草地減少49.07 hm2，房屋建筑減少4.75 hm2，露天采掘場增加64.72 hm2，建筑工地增加11.04 hm2，其他人工堆掘地增加5.17 hm2，水域增加1.84 hm2。由此可以看出，整個礦區整體還處在不斷的開采中，耕地、草地減少的量最多，采掘場、建筑工地明顯增加。其中，耕地大多流向了果園和林地；草地大多流向了林地和采掘地；礦區內部的種植情況正發生改變，果園等園地增加明顯，幼林增加量較大。

圖4 錳礦區地表覆蓋變化情況

3.3 依法采礦監測

通過采礦區數據與采礦權數據的疊加分析和空間統計，可以獲取項目區無證開采、越界開采的礦區分布、開采面積、開采礦種、開采方式、開采量和準確位置等數據。研究區內礦區平面分布數據與采礦許可證（不包含過期許可證）范圍進行疊加分析，可以得到遺留歷史礦山、無證開采、越界開采共155 個圖斑，開采面積270.66 hm2，開采礦種均為錳礦。礦山開采量可以通過兩期實景三維模型疊加分析得出[10]。礦區實景三維數據可通過無人機航攝獲取，效果如圖5 所示。

圖5 礦區實景三維效果圖

3.4 環境修復治理監測

利用監測數據，輔以一定的外業核查，按照地方礦產資源總體規劃和礦山地質環境保護與土地復墾方案，結合研究區礦山環境恢復治理現狀，針對生態環境破壞的集中、重點區域，對礦區復墾、植被恢復和工程治理措施三項礦區生態環境修復措施，開展礦山生態環境修復過程和成效動態監測。將2020—2021 年2 年監測數據比對分析，可以得到整個礦區生態空間變化情況，如圖6 所示。其中，工礦用地等礦山利用地類變為耕園林草等地類情況，即為生態修復圖斑。

圖6 礦區生態空間變化情況

經過實地踏勘，礦區內生態修復以自然修復為主，人工治理主要有邊坡治理、尾礦治理、土壤改良和植被恢復等方面。生態修復后的地類多為林地和草地，修復狀態良好。

4 結束語

本文以前期調查數據為基礎，利用多源遙感數據對木圭錳礦礦區進行了監測，初步搭建礦區資源環境監測體系，為未來持續監測打下基礎，以實現對礦區的礦產資源開發利用、自然生態空間變化、違法采礦、尾礦庫和環境修復治理等數據的常態化管理。在“兩支撐一提升”的具體實踐中，一方面有效提升地方自然資源管理部門更好履行“兩統一”職責的能力；另一方面也引導礦山企業積極開展生態修復治理，優化礦山國土空間布局，推動地方經濟高質量發展。